等離子弧焊原理及分類

1、等離子弧焊原理及分類1. 等離子體使常溫下呈中性的氣體原子（或分子）變成帶負電荷的電子和帶正電荷的離子的過程稱為氣體的電離過程，充分電 離了的氣體就稱為等離子體或等離子態(tài)。由于等離子體幾乎 全部由電子和離子組成，故與金屬、電解液一樣，具有極好 的導電能力和導熱性，同時與氣體一樣，具有很好的流動性。 正是由于等離子體是一種特殊的物質(zhì)形態(tài)，所以現(xiàn)代物理學 上把它列于固態(tài)、液態(tài)和氣態(tài)之后的物質(zhì)第四態(tài)。2. 等離子弧的形成普通電弧焊產(chǎn)生的電弧，其電弧區(qū)內(nèi)的氣體尚未完全電 離，能量不夠集中，這種電弧未受到外界約束，稱為自由電 弧。而等離子弧是將自由電弧進行強迫“壓縮”而獲得的， 所以又稱為壓縮電弧。其集

2、中表現(xiàn)在：能量集中（能量密度 可達105 106 W/cm2，自由態(tài)鎢極氬弧能量密度在100W/cm2以下），溫度高（弧柱中心溫度 1800024000K），焰 流速度大（可達300m/s以上）等離子弧是通過以下三種壓縮作用獲得的。 機械壓縮效應(yīng)。如圖 4-1（a）所示。當在鎢極I （負極） 和焊件3 （正極）之間加上一較高的電壓，通過激發(fā)使氣體 電離形成弧2，此時若弧柱通過具有特殊孔型的噴嘴4，并同時送入一定力的工作氣體，使弧柱強迫通過細孔道，便受 到了機械壓縮，使弧柱截面積縮小，稱為機械壓縮效應(yīng)。札械壓（b）孫牧縮忙）盛收知編效強效就效應(yīng)圖4-1等離子弧的壓縮效應(yīng)1-鎢極；2-電?。?-焊

3、件；4-噴嘴；5-冷卻水；6-冷卻氣流 熱收縮效應(yīng)。當電弧通過水冷卻的噴嘴，同時又受到外部不斷送來的高速冷卻氣流（如氮氣、氬氣等）的冷卻作用，弧柱外圍受到強烈冷卻，使其外圍的電離度大大減弱，電弧電流只能從弧柱中心通過，即導電截面進一步縮小，這 時電弧的電流密度急劇增加，這種作用稱為熱收縮效應(yīng)，如 圖4-1（b）所示。 磁收縮效應(yīng)。帶電粒子在弧柱內(nèi)的運動，可看成是在 一束導線內(nèi)移動，由于這些導線自身磁場所產(chǎn)生的電磁力， 使這些導線相互吸引，因此，產(chǎn)生磁收縮效應(yīng)。由于前述兩 種效應(yīng)使電弧中心的電流密度已經(jīng)很高，使得磁收縮作用明 顯增強，從而使電弧更進一步受到壓縮，如圖4-1（ c）所示在以上三種效

4、應(yīng)的作用下，弧柱被壓縮到很細的范圍內(nèi)，弧柱內(nèi)氣體也得到了高度的電離，溫度也達到極高的程 度，逐漸使電弧成為穩(wěn)定的等離子弧。等離子弧的產(chǎn)生，在生產(chǎn)實踐上是通過如圖4-2的發(fā)生裝置實現(xiàn)的。即先通過高頻振蕩器8的激發(fā)，使氣體電離形成電弧，然后在上述壓縮效應(yīng)作用下，形成等離子弧。圖4-2 等離子弧發(fā)生裝置原理圖1-鎢極；2-進氣管；3-進水管；4-噴嘴；5-焊件；6-等離子?。?-岀水管；8-高頻振蕩器3. 等離子弧的特點 溫度高，能量密度大。等離子的導電性高，承受電流密度大，因此溫度高。又因其截面很小，則能量密度高度集 電弧挺度好。自由電弧的擴散角度約為 45°,而等離子弧由于電離程度咼，

5、放電過程穩(wěn)定，在“壓縮效應(yīng)”作用下，等離子弧的擴散角僅為 5°,故挺度好。 具有很強的機械沖刷力。等離子弧發(fā)生裝置內(nèi)通入常 溫壓縮氣體，受電弧高溫加熱而膨脹，在噴嘴的阻礙下使氣 體壓縮力大大增加，當高壓氣流由噴嘴細小通道中噴出時， 可達到很高的速度(可超過聲速)，所以等離子弧有很強的機械沖刷力。4. 等離子弧的類型根據(jù)電極的不同，等離子弧可以分為非轉(zhuǎn)移型弧、轉(zhuǎn)移 型弧和合型弧三種。 非轉(zhuǎn)移型弧。電極接負極，噴嘴接正極，等離子弧產(chǎn) 生在電極和噴嘴內(nèi)表面之間見圖4-3(a)，連續(xù)送入的工作氣 體穿過電弧空間之后，成為從噴嘴內(nèi)噴出的等離子焰來加熱 熔化金屬。 轉(zhuǎn)移型弧。電極接負極，焊件接正

6、極，電弧首先在電極與噴嘴內(nèi)表面間形成。當電極與焊件加上一個較高電壓后，在電極與焊件間產(chǎn)生等離子弧，電極與噴嘴間的電弧就熄滅，即電弧轉(zhuǎn)移到電極與焊件間，這個電弧就稱為轉(zhuǎn)移型 弧見圖4-3(b)。高溫的陽極板點焊在焊件上，提高了熱量的有效利用率，可用做切割、焊接和堆焊的熱源。 聯(lián)合型弧。轉(zhuǎn)移型弧和非轉(zhuǎn)移型弧同時存在稱為聯(lián)合fc)聯(lián)合型師型弧見圖4-3(c)。主要用于微束等離子弧焊接和粉末材料的 噴焊。(和芥料楞型飆(by轉(zhuǎn)移塑呱圖4-3 等離子弧的形式1-鎢極；2-等離子氣；3-噴嘴；4-冷卻水；5-焊件：6-非轉(zhuǎn)移型弧；7-轉(zhuǎn)移型弧5. 等離子焊的焊接與切割等離子弧是一種壓縮電弧。由 于弧柱側(cè)面被壓縮得小，因而能量 集中、溫度高，焰流速度大。這些 特性使得等離子弧不僅被廣泛用 于焊接、噴涂、堆焊，而且可用于 金屬和非金屬的切割。等離子弧的焊接：借助于水電源氣源冷噴嘴對電弧的拘束作用，獲得較高能量密度的等離子弧焊 接的方法稱為等離子弧焊接。等離子弧的切割：等離子切割是一種常用的金屬和非部的高速氣流或水流，將熔化材料排開圖4-4等離子切割切口能量分布斑點切割區(qū)的長1-弧柱作用穿透背面而形成切口。因此，等? L1度；L3-等離子火焰切